DE3817885A1 - LENS SYSTEM FOR ENDOSCOPE LENSES - Google Patents

LENS SYSTEM FOR ENDOSCOPE LENSES

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Linsensystem für ein Endoskop-Objektiv, das im Hinblick auf seitliche chromatische Aberration wirksam kompensiert ist.The present invention relates to a lens system for an endoscope lens that is designed for lateral chromatic aberration is effectively compensated.

Objektivlinsen für den Einsatz in Endoskopen erfordern, daß deren äußerer Durchmesser und deren Gesamtlänge so klein wie möglich gehalten werden, wobei die Tatsache berücksichtigt wird, daß sie im Spitzenbereich eines Endoskops zusammen mit einer Beleuchtungsoptik und Luft/Wasser-Zuführkanälen angeordnet werden.Objective lenses for use in endoscopes require that their outer diameter and overall length so be kept as small as possible, the fact is taken into account that it is in the top range of a Endoscope together with a lighting optic and Air / water supply channels are arranged.

Der Anmelder der vorliegenden Erfindung reichte zuvor die Japanische Patentanmeldung Nr. 117 629/1987 am 14. Mai 1987 ein und schlug eine Erfindung eines kompakten Linsensystems für Endoskop-Objektive mit einem Drei-Gruppen-Vier-Elementen-Aufbau vor (diese Erfindung wird im folgenden als frühere Erfindung A bezeichnet). Ein diagrammartiger Querschnitt dieses Linsensystems ist in Fig. 26 dargestellt. Derselbe Anmelder verbesserte die frühere Erfindung A und reichte die Japanische Patentanmeldung Nr. 125 381/1987 am 22. Mai 1987 ein, in der er eine Erfindung eines Linsensystems vorschlug, das durch eine weitere Verbesserung der seitlichen (lateralen) chromatischen Aberration gekennzeichnet war (diese Erfindung wird im folgenden als frühere Erfindung B bezeichnet). Ein diagrammartiger Querschnitt dieses Linsensystems ist in Fig. 28 dargestellt. The applicant of the present invention previously filed Japanese Patent Application No. 117 629/1987 on May 14, 1987 and proposed an invention of a compact lens system for endoscope lenses with a three-group, four-element construction (this invention is disclosed in hereinafter referred to as previous invention A). A diagrammatic cross section of this lens system is shown in FIG. 26. The same applicant improved previous invention A and filed Japanese Patent Application No. 125381/1987 on May 22, 1987, in which he proposed an invention of a lens system characterized by a further improvement in lateral (lateral) chromatic aberration (this Invention is referred to below as previous invention B). A diagrammatic cross section of this lens system is shown in FIG. 28.

Die Linsensysteme, die durch die beiden früheren Erfindungen A und B vorgeschlagen wurden, verwenden die notwendige Minimalzahl von Linsenelementen (Drei-Gruppen-Vier-Elemente-Aufbau), um einen kompakten Aufbau zu erzielen, so daß sie nur eine verklebte, auf der Bildseite angeordnete Sammellinse aufweisen, um Achromatismus zu erzielen. Das Ergebnis ist notwendigerweise nicht zufriedenstellend im Hinblick auf die Kompensation der seitlichen chromatischen Aberration.The lens systems used by the two previous ones Inventions A and B have been proposed using the necessary minimum number of lens elements (Three-group-four-element structure) to a compact To achieve construction so that they are only glued, on the Image lens arranged to have Achieve achromatism. The result is not necessarily satisfactory with regard to compensation of lateral chromatic aberration.

Wie in den Fig. 26 und 28 dargestellt, hängen die früheren Erfindungen A und B davon ab, daß eine tiefe Grenzfläche in der verklebten Sammellinse geschaffen wird, im Hinblick auf das Erzielen des Achromatismus. In der früheren Erfindung A (Fig. 26) ist der Krümmungsmittelpunkt der Grenzfläche auf der Seite einer Blende, so daß Lichtstrahlen außerhalb der Achse in nahezu senkrechter Richtung auf die Grenzfläche treffen und der Unterschied des Brechungsindex, der durch die Unterschiede der Wellenlängen bewirkt wird, nicht wesentlich ist. Dies ist wirksam bei der Kompensation der longitudinalen chromatischen Aberration, jedoch nicht so wirksam bei der Kompensation der seitlichen chromatischen Aberration. Falls die Krümmung der Grenzfläche vergrößert wird, um eine stärkere Kompensation der seitlichen chromatischen Aberration zu erzielen, wird die Stärke der Meniskusform des Zerstreuungslinsenelements in der verklebten Linse erhöht und die Dicke des Umfangsbereichs des Sammellinsenelements verringert, was eine Herstellung (oder Bearbeitung) einer kleinen Linse für ein Endoskop-Objektiv entweder schwierig oder völlig unmöglich macht. Falls eine dickere Linse verwendet wird, um sicherzustellen, daß der Umfangsbereich dick genug ist, um bearbeitet zu werden, wird die Gesamtgröße der Optik erhöht und der Aufbau ist für die Verwendung in einem Endoskop nicht geeignet.As shown in Figs. 26 and 28, prior inventions A and B depend on creating a deep interface in the bonded converging lens with a view to achieving achromatism. In the previous invention A ( Fig. 26), the center of curvature of the interface is on the side of an aperture so that off-axis light rays hit the interface in almost perpendicular direction and the difference in refractive index caused by the difference in wavelengths is not essential. This is effective in compensating for longitudinal chromatic aberration, but not as effective in compensating for lateral chromatic aberration. If the curvature of the interface is increased to achieve greater compensation for lateral chromatic aberration, the strength of the meniscus shape of the diverging lens element in the bonded lens is increased and the thickness of the peripheral region of the converging lens element is reduced, which results in the manufacture (or machining) of a small lens for an endoscope lens either difficult or completely impossible. If a thicker lens is used to ensure that the peripheral area is thick enough to be machined, the overall size of the optics is increased and the structure is not suitable for use in an endoscope.

In der früheren Erfindung B (Fig. 28) liegt der Krümmungsmittelpunkt der Grenzfläche auf einer der Seite der Blende gegenüberliegenden Seite, so daß Lichtstrahlen außerhalb der Achse in einem Winkel weit entfernt von der senkrechten Richtung auf die Grenzfläche treffen. Dies hat zum Ergebnis, daß der Unterschied des Brechungsindex, der durch den Unterschied der Wellenlänge hervorgerufen wird, erhöht wird, was nicht nur bei der Kompensation der longitudinalen chromatischen Aberration, sondern auch der seitlichen chromatischen Aberration wirksam ist. Falls jedoch weitere Versuche unternommen werden, um die Wirksamkeit dieses Linsensystems zu erhöhen, treten ähnliche Probleme wie im Fall der früheren Erfindung A auf, wie z. B. die vergrößerte Schwierigkeit im Fabrikationsprozeß der sammelnden und zerstreuenden Linsenelemente, oder die Erhöhung der Gesamtgröße der Optik. Zusätzlich erhöht sich der Einfallswinkel der Strahlen außerhalb der Achse in bezug auf eine zur Grenzfläche normalen Richtung, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Asymmetriefehlern erhöht wird. Darüber hinaus wird Totalreflexion wahrscheinlicher und um dies zu vermeiden, müssen beim Entwurf Kompromisse durch die Annahme eines geeigneten großen Radius der Krümmung der Grenzfläche eingegangen werden.In the previous invention B ( Fig. 28), the center of curvature of the interface is on a side opposite to the face of the diaphragm so that light rays off the axis strike the interface at an angle far from the perpendicular direction. As a result, the difference in refractive index caused by the difference in wavelength is increased, which is effective not only in the compensation of the longitudinal chromatic aberration but also the lateral chromatic aberration. However, if further attempts are made to increase the effectiveness of this lens system, problems similar to those in the case of the previous invention A, such as e.g. B. the increased difficulty in the manufacturing process of collecting and diverging lens elements, or increasing the overall size of the optics. In addition, the angle of incidence of the off-axis rays increases with respect to a direction normal to the interface, thereby increasing the likelihood of asymmetry errors occurring. In addition, total reflection becomes more likely, and to avoid this, design compromises must be made by assuming an appropriate large radius of curvature of the interface.

Um Achromatismus zu erzielen, kann eine weitere verklebte Linse in das Linsensystem der früheren Erfindung A oder B einbezogen werden, was aber nicht die beste Lösung darstellt, da die wichtigste Anforderung an ein Linsensystem eines Endoskop-Objektivs sein kompakter Aufbau ist. To achieve achromatism, another can be glued Lens in the lens system of the previous invention A or B are involved, but this is not the best solution represents because the most important requirement on a Lens system of an endoscope lens will be more compact Construction is.  

Wie zuvor beschrieben, haben Versuche weiterer Verbesserungen bei der Kompensation der seitlichen chromatischen Aberration bei den früheren Erfindungen A und B Probleme in bezug auf die Linsenherstellung und die Größe der Optik hervorgerufen.As previously described, attempts have been made to further Lateral Compensation Improvements chromatic aberration in previous inventions A and B problems related to lens manufacturing and Size of the optics.

Bei Objektivlinsen für die Verwendung in Endoskopen wird gewünscht, daß die seitliche chromatische Aberration in bezug auf den Abstand zwischen den optischen Faserkernen minimiert wird (oder eine Abmessung, die einem Bildpunkt einer Abbildungsvorrichtung im Fall eines elektronischen Endoskops mit einer Abbildungsvorrichtung entspricht). Falls die seitliche chromatische Aberration ungenügend kompensiert wird, erzeugt das übertragende Bild deutliche Farbstörungen, besonders im Randbereich, und die sich einstellende Verschlechterung der Bildqualität bewirkt nicht nur die Wahrnehmung eines gestörten Bildes, sondern verhindert auch eine korrekte Betrachtung (Diagnose in medizinischen Anwendungen).With objective lenses for use in endoscopes wanted the lateral chromatic aberration in with respect to the distance between the optical fiber cores is minimized (or a dimension that is a pixel an imaging device in the case of an electronic one Corresponds to an endoscope with an imaging device). If the lateral chromatic aberration is insufficient is compensated, the transmitted image produces clear Color disorders, especially in the marginal area, and that worsening image quality not just the perception of a disturbed picture, but also prevents correct observation (diagnosis in medical applications).

In Endoskopen werden optische Fasern verwendet, die normalerweise einen Kern-zu-Kern-Abstand von ungefähr 10 µm aufweisen. Aber aufgrund der kürzlich erreichten Fortschritte in der Technologie der Faserherstellung werden Fasern mit kleineren Durchmessern zur Verfügung stehen und die Auflösung der Fasern an sich als Bildleiter wird dementsprechend höher werden. Es ist daher erforderlich geworden, die seitliche chromatische Aberration einer Endoskop-Objektivlinse zu minimieren, um eine hohe Bildqualität zu erzielen, (das heißt hohen Kontrast und hohe Auflösung).Optical fibers are used in endoscopes usually about a core-to-core distance Have 10 µm. But because of the recent one Advances in fiber manufacturing technology fibers with smaller diameters are available stand and the resolution of the fibers themselves as image guides will increase accordingly. It is therefore become necessary the lateral chromatic To minimize aberration of an endoscope objective lens to achieve high image quality (i.e. high Contrast and high resolution).

Die vorliegende Erfindung wurde unter den zuvor beschriebenen Umständen ausgeführt, und ihre wesentliche Aufgabe ist es, ein Linsensystem für ein Endoskop-Objektiv zu schaffen, das eine wirksame Kompensation der seitlichen chromatischen Aberration erzielt und das eine gute Herstellbarkeit besitzt, ohne daß wesentliche Veränderungen im Linsenaufbau vollzogen werden müssen, nämlich ohne Aufgabe der Kompaktheit des Linsensystems.The present invention has been among the previously described circumstances, and their essential  The task is to create a lens system for an endoscope lens to create an effective compensation of the lateral chromatic aberration and a good one Has manufacturability without being essential Changes in the lens structure have to be made, namely without sacrificing the compactness of the lens system.

Im wesentlichen kann diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst werden durch ein Linsensystem für ein Endoskop-Objektiv, bei dem die Linse die unmittelbar vor der Blende des Linsensystems angeordnet ist, eine Zerstreuungslinse ist, die eine konkave Oberfläche auf der Bildseite aufweist und bei dem die Sammellinse, die unmittelbar hinter der Blende angeordnet ist, die Form einer Sammellinseneinheit besitzt, die beginnend auf der Gegenstandsseite aus einem ersten optischen Element und einem zweiten optischen Element zusammengesetzt ist. Die zwei optischen Elemente sind aus optischen Materialien hergestellt, die unterschiedliche Abb´'sche Zahlen (ν -Werte) aufweisen, so daß die Beziehung ν 2 < ν 3 erfüllt ist, wobei n 2 die Abb´'sche Zahl des ersten optischen Elements und ν 3 die Abb´'sche Zahl des zweiten optischen Elements ist.This object of the present invention can essentially be achieved by a lens system for an endoscope objective, in which the lens which is arranged directly in front of the diaphragm of the lens system is a diverging lens which has a concave surface on the image side and in which the converging lens , which is arranged directly behind the diaphragm, has the shape of a converging lens unit, which is composed, beginning on the object side, of a first optical element and a second optical element. The two optical elements are made of optical materials having different numbers Abb''sche - have, so that the relation ν 2 3 is satisfied, 2 where n is the number Abb''sche the first optical element and values) ν 3 is the Abb's number of the second optical element.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht zwischen dem ersten optischen Element und dem zweiten optischen Element ein geringer Abstand oder die beiden optischen Elemente sind in engem Kontakt miteinander oder miteinander verbunden.In one embodiment of the present invention exists between the first optical element and the second optical element a short distance or the both optical elements are in close contact with each other or connected to each other.

In weiteren Ausführungsformen ist die Sammellinseneinheit zusammengesetzt aus einer Kombination eines planparallelen Glases und einer plankonvexen Linse mit einer auf die Bildseite gerichteten konvexen Oberfläche oder einer Kombination aus einer plankonkaven Linse mit einer gering gekrümmten konkaven Oberfläche auf der Bildseite und einer Sammellinse mit stark gekrümmter Oberfläche, die auf die Bildseite gerichtet ist, oder eine Kombination aus einer plankonkaven Linse mit schwach gekrümmter konkaver Oberfläche auf der Gegenstandsseite und einer plankonvexen Linse mit einer konvexen Oberfläche, die auf die Bildseite gerichtet ist.In further embodiments, the converging lens unit composed of a combination of a plane parallel Glases and a plano-convex lens with one on the Image-facing convex surface or one  Combination of a plano-concave lens with a low curved concave surface on the image side and one Converging lens with a strongly curved surface, which on the Image page is directed, or a combination of one Plano-concave lens with a slightly curved concave Surface on the object side and a plano-convex Lens with a convex surface that faces the image is directed.

In weiteren anderen Ausführungsformen ist zumindest eine verklebte Sammellinse mit Fadenkreuz auf der Bildseite der sammelnden Linseneinheit angeordnet, wobei die verklebte Sammellinse aufgebaut ist aus einer Kombination aus einem sammelnden Linsenelement, das mit einem zerstreuenden Linsenelement an einer konvexen Grenzfläche, die auf die Bildseite gerichtet ist, verklebt ist oder einer Kombination aus einem zerstreuenden Linsenelement, das mit einem sammelnden Linsenelement auf einer konkaven Grenzfläche, die auf die Bildseite gerichtet ist, verklebt ist. Die verklebte Sammellinse erfüllt die Beziehung ν p < ν n , wobei ν p die Abb´'sche Zahl des sammelnden Linsenelements und ν n die Abb´'sche Zahl des zerstreuenden Linsenelements ist.In further other embodiments, at least one glued collecting lens with crosshairs is arranged on the image side of the collecting lens unit, the glued collecting lens being constructed from a combination of a collecting lens element, which with a diverging lens element at a convex interface, which is directed towards the image side, is glued or a combination of a diverging lens element, which is glued to a collecting lens element on a concave interface, which is directed towards the image side. The bonded converging lens fulfills the relationship ν p < ν n , where ν p is the Abb's number of the collecting lens element and ν n the Abb's number of the diverging lens element.

Fig. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21 und 23 zeigen vereinfachte Querschnittsansichten, die den Aufbau von Linsensystemen darstellen, die aus den Beispielen 1 bis 12 der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind. Fig. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21 and 23 show simplified cross-sectional views illustrating the construction of lens systems, which are composed of Examples 1 to 12 of the present invention.

Fig. 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 und 24 zeigen Diagramme, die durch den Ausdruck der Aberrationskurven gewonnen wurden, die mit den Linsensystemen der Beispiele 1 bis 12 der vorliegenden Erfindung erzielt wurden. Figures 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 and 24 show diagrams obtained by expressing the aberration curves obtained with the lens systems of Examples 1 to 12 of the present invention were.

Fig. 25 zeigt ein Diagramm, das das Ergebnis einer Strahlverfolgung darstellt, die durchgeführt wurde, um die Wirkung des Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen. Fig. 25 is a diagram showing the result of a ray tracing performed to demonstrate the effect of the objective lens system according to the present invention.

Fig. 26 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht des Aufbaus eines Linsensystems der früheren Erfindung A. Fig. 26 shows a simplified cross-sectional view of the structure of a lens system of the previous invention A.

Fig. 27 zeigt ein Diagramm, das durch den Ausdruck der Aberrationskurven gewonnen wurde, die mit dem Linsensystem der früheren Erfindung A erzielt wurden. Fig. 27 shows a graph obtained by expressing the aberration curves obtained with the lens system of the previous invention A.

Fig. 28 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht des Aufbaus des Linsensystems der früheren Erfindung B. Fig. 28 shows a simplified cross-sectional view of the construction of the lens system of the previous invention B.

Fig. 29 zeigt ein Diagramm, das durch den Ausdruck der Aberrationskurven gewonnen wurde, die mit dem Linsensystem der früheren Erfindung B erzielt wurden. Fig. 29 shows a graph obtained by expressing the aberration curves obtained with the lens system of the previous invention B.

Bei der vorliegenden Erfindung ist die Sammellinse, die unmittelbar vor der Blende angeordnet ist, in das erste optische Element, das eine bestimmte Abb´'sche Zahl aufweist und das aus einem planparallelen Glas hergestellt ist, und in das zweite optische Element geteilt, das eine andere Abb´'sche Zahl als das erste optische Element aufweist, das aus einer plankonvexen Linse hergestellt ist, die eine konvexe Oberfläche besitzt, die auf die Bildseite gerichtet ist. Die brechende Oberfläche des planparallelen Glases ist für die Kompensation der seitlichen chromatischen Aberration verantwortlich.In the present invention, the converging lens is the is placed immediately before the aperture, in the first optical element that is a certain Abb''sche number has and made of a plane-parallel glass and divided into the second optical element, the one different Abb''sche number than the first optical element has, which is made of a plano-convex lens that has a convex surface that points to the Image side is directed. The breaking surface of the plane-parallel glass is for the compensation of the lateral chromatic aberration responsible.

Der Bereich der Einfallwinkel, der bei Objektivlinsen für die Verwendung in Endoskopen angenommen werden kann, ist theoretisch weit, so daß, wie aus Fig. 25 hervorgeht (Einzelheiten zu dieser Figur siehe unten), Lichtstrahlen außerhalb der Achse die von der zerstreuenden Linse vor der Blende ausgehen, mit einem großen Winkel auf der sammelnden Linse rechts hinter der Blende auftreffen. Ist jedoch das planparallele Glas auf der Einfallseite vorhanden, erzielt dessen brechende Oberfläche eine sehr wirksame Kompensation der lateralen chromatischen Aberration. Trotz des großen Einfallswinkels der Strahlen außerhalb der Achse, die von der zerstreuenden Linse ausgehen, ist als weiterer Vorteil das planparallele Glas, das keinerlei Meniskuskrümmung aufweist, nicht im Hinblick auf Aberrationsveränderungen aufgrund von Exzentrizität und Versetzung (seitliche Verschiebung) empfindlich und ist somit sehr stark gegen Fehler aufgrund von schlechter Herstellung geschützt.The range of angles of incidence which can be assumed for objective lenses for use in endoscopes is theoretically wide, so that, as can be seen from FIG. 25 (for details on this figure see below), light rays off the axis are from the diverging lens in front of the Extend the aperture, hit the collecting lens at the right behind the aperture with a large angle. However, if the plane-parallel glass is present on the incident side, its refractive surface achieves very effective compensation for the lateral chromatic aberration. Despite the large angle of incidence of the rays off the axis, which originate from the diverging lens, a further advantage is that the plane-parallel glass, which has no meniscus curvature, is not sensitive to aberration changes due to eccentricity and displacement (lateral displacement) and is therefore very strong protected against defects due to poor manufacturing.

Eine weitere Eigenschaft einer Endoskop-Objektivlinse besteht darin, daß, wie aus dem Linsenaufbau dargestellten Fig. 26 im Hinblick auf die frühere Erfindung A hervorgeht, eine verhältnismäßig dicke Sammellinse rechts vor der Blende angeordnet ist. Dies geschieht, da bei einer Endoskop-Objektivlinse einfallende Lichtstrahlen wünschenswerter Weise in nahezu senkrechter Richtung in das Faserende eingeleitet werden, falls sie in die Faser im Randbereich eintreten. Die Dämpfung des eintretenden Lichtes erhöht sich in dem Maße, in dem der Einfallwinkel von einer senkrechten Richtung im Vergleich mit der numerischen Richtung der Glasfaser abweicht.Another property of an endoscope objective lens is that, as can be seen from the lens structure shown in FIG. 26 with regard to the previous invention A, a relatively thick converging lens is arranged on the right in front of the diaphragm. This happens because light rays incident on an endoscope objective lens are desirably introduced into the fiber end in an almost vertical direction if they enter the fiber in the edge region. The attenuation of the incoming light increases to the extent that the angle of incidence deviates from a vertical direction in comparison with the numerical direction of the glass fiber.

Die Dicke der Sammellinse steht daher in einem engen Zusammenhang mit der obengenannten Aufgabe, und da sie von Lichtstrahlen, die im Randbereich der Fig. 25B fokussiert werden, verstanden wird, kann sie gelöst werden, indem sichergestellt wird, daß Lichtstrahlen, die von der Linse ausgehen und die auf der letzten Linse auftreffen, bereits eine Strahlhöhe aufweisen, die mit dem Radius des Faserbündels vergleichbar ist. Mit anderen Worten besitzt die Sammellinse, die unmittelbar vor der Blende angeordnet ist, die größtmögliche Dicke, um eine ausreichende Höhe der Lichtstrahlen außerhalb der Achse einzustellen.The thickness of the converging lens is therefore closely related to the above object, and since it is understood by light rays that are focused in the periphery of Fig. 25B, it can be solved by ensuring that light rays emitted by the lens go out and hit the last lens, already have a beam height that is comparable to the radius of the fiber bundle. In other words, the converging lens, which is arranged immediately in front of the diaphragm, has the greatest possible thickness in order to set a sufficient height of the light rays off the axis.

Wie zuvor beschrieben, ist die Sammellinse, die unmittelbar hinter der Blende angeordnet ist, ausreichend dickwandig, um in zwei Teile geteilt zu werden. Da die Sammellinse, die gemäß der vorliegenden Erfindung in zwei Teile geteilt wird, eine Wanddicke besitzt, die mit der unmittelbar vor der Blende in beiden früheren Erfindungen A und B vergleichbar ist, kann die seitliche chromatische Aberration auf wirksame Weise kompensiert werden, ohne daß die Kompaktheit geopfert wird, die eine der wichtigsten Anforderungen darstellt, die von einer Endoskop-Objektivlinse erfüllt werden muß.As previously described, the converging lens is the is arranged directly behind the aperture, sufficient thick-walled to be divided into two parts. Since the Converging lens, which according to the present invention in two Parts is divided, has a wall thickness that with the immediately before the aperture in both previous inventions A and B is comparable, the lateral chromatic Aberration can be effectively compensated for without the compactness is sacrificed, which is one of the most important Represents requirements from a Endoscope objective lens must be met.

Das Objektivlinsensystem der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben unter Bezugnahme auf den Fall, bei dem die Sammellinse, die unmittelbar vor der Blende angeordnet ist, in zwei optische Elemente geteilt ist, wovon das erste ein planparalleles Glas ist. Es ist unnötig festzustellen, daß das erste optische Element eine Zerstreuungslinse sein kann mit einer geringen Meniskuswölbung oder daß das erste und zweite optische Element einen geringen Abstand zueinander aufweisen können und daß diese Veränderungen im Hinblick auf die Kompensation der seitlichen chromatischen Aberration gleich wirksam sind.The objective lens system of the present invention has been described above with reference to the case where the converging lens, which is arranged immediately in front of the aperture is divided into two optical elements, of which the the first is a plane-parallel glass. It is unnecessary determine that the first optical element is a Diverging lens can be with a small Meniscus bulge or that the first and second optical Element can have a small distance from each other and that these changes in terms of Lateral chromatic aberration compensation are equally effective.

Das planparallele Glas besitzt den zusätzlichen Vorteil, daß es nicht zentriert werden muß und daß es grob geschliffen und zu einer ebenen Oberfläche poliert werden kann. Es kann daher leicht bearbeitet werden, um eine Herstellung im großen Maßstab zu geringen Kosten zu bewerkstelligen. Vom Gesichtspunkt der Kompaktheit wird bevorzugt, daß die ersten und zweiten optischen Elemente in engem Kontakt zueinander angeordnet werden, oder daß die beiden Elemente miteinander verbunden sind. Falls die zwei optischen Elemente in engem Kontakt zueinander angeordnet sind, können sie, nachdem sie in einen Objektivtubus eingelassen wurden, zusammengesetzt werden, so daß diese Vorgehensweise im Hinblick auf die Herstellungskosten und die Leichtigkeit der Arbeitsschritte des Zusammensetzens noch mehr zu bevorzugen ist.The plane-parallel glass has the additional advantage that it doesn't have to be centered and that it's rough  be ground and polished to a flat surface can. It can therefore be easily edited to create a Large scale manufacturing at low cost too accomplish. From the point of view of compactness preferred that the first and second optical elements be placed in close contact with each other, or that the two elements are connected. if the two optical elements in close contact with each other are arranged, after they are placed in one Lens barrel were inserted, are assembled, so this approach in terms of Manufacturing costs and the ease of Steps of assembling even more prefer is.

Wie auf den vorangegangenen Seiten beschrieben, ist das erfindungsgemäße Objektivlinsensystem dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinseneinheit, die unmittelbar vor der Blende angeordnet ist, aus ersten und zweiten optischen Elementen zusammengesetzt ist und daß diese optischen Elemente ein bestimmtes Verhältnis im Hinblick auf ihre Abb´'schen-Zahlen (n -Werte) einhalten.As described on the previous pages, the objective lens system according to the invention is characterized in that the converging lens unit, which is arranged immediately in front of the diaphragm, is composed of first and second optical elements and that these optical elements have a certain ratio with regard to their abbreviations - Comply with numbers ( n values).

Um eine ausreichende Dicke im Umfangsbereich sicherzustellen, wird gewünscht, daß das zweite optische Element der Sammellinseneinheit G p , die unmittelbar hinter der Blende angeordnet ist, einen Brechungsindex von zumindest 1,7 aufweist. Zusätzlich wird, um eine weitere Erhöhung der chromatischen Aberration zu vermeiden, die in der Zerstreuungslinse auftritt, die näher als die Blende auf der Gegenstandsseite angeordnet ist, gewünscht, daß das zweite optische Element aus einem optischen Material mit geringer Dispersion hergestellt ist. Andererseits sollte das erste optische Element aus einem hochdispersiven optischen Material hergestellt sein, um eine erhöhte Wirksamkeit im Hinblick auf die Kompensation der seitlichen chromatischen Aberration zu bewerkstelligen.In order to ensure a sufficient thickness in the peripheral region, it is desired that the second optical element of the converging lens unit G p , which is arranged immediately behind the diaphragm, has a refractive index of at least 1.7. In addition, in order to avoid a further increase in the chromatic aberration that occurs in the diverging lens located closer than the diaphragm on the article side, it is desired that the second optical element be made of a low dispersion optical material. On the other hand, the first optical element should be made of a highly dispersive optical material in order to achieve an increased effectiveness with regard to the compensation of the lateral chromatic aberration.

Herkömmlicherweise ist eine verklebte Sammellinse auf der Bildseite angeordnet, um in einem Linsensystem für ein Endoskop-Objektiv Achromatismus zu erzeugen, wobei diese Linse allein nicht ausreichend gewesen war, um eine vollständige Kompensation der seitlichen chromatischen Aberration zu erzielen. In der vorliegenden Erfindung ist die Sammellinse, die unmittelbar vor der Blende angeordnet ist, in erste und zweite optische Elemente aufgeteilt, die unterschiedliche n -Werte aufweisen. Die Kompensation der seitlichen chromatischen Aberration wird dieser Sammellinseneinheit zugeschrieben. Dies hat zum Ergebnis, daß die seitliche chromatische Aberration, die sich im Gesamtsystem ausbildet, auf ein erträglich kleines Niveau abgesenkt werden kann.Conventionally, a bonded converging lens has been placed on the image side to produce achromatism in a lens system for an endoscope lens, which lens alone was not sufficient to fully compensate the lateral chromatic aberration. In the present invention, the positive lens disposed immediately before the diaphragm, is divided into first and second optical elements, which have different n - have values. Lateral chromatic aberration compensation is attributed to this converging lens unit. As a result, the lateral chromatic aberration that forms in the overall system can be reduced to a tolerably low level.

In der Praxis muß das System so entworfen werden, daß das Verhältnis ν 2 < ν 3 erfüllt ist, wobei ν 2 die Abb´'sche Zahl des ersten optischen Elements und ν 3 die Abb´'sche Zahl des zweiten optischen Elements ist. Um einen stärkeren achromatischen Effekt zu erzielen, sollte die Differenz zwischen ν 2 < ν 3 nicht größer als -15 sein (ν 2 - ν 3 -15). Falls ν 2 < ν 3 ist, tritt in der Sammellinseneinheit des in der Erfindung verwendeten Typs seitliche chromatische Aberration auf. Falls ν 2 = ν 3 ist, unterscheidet sich die Sammellinseneinheit in keiner Weise von einem einzelnen Sammellinsenelement und es wird kein Nutzen durch die Trennung der Linseneinheit erzielt (die zum Erzielen von Achromatismus nicht wirksam ist). Selbst falls das Verhältnis ν 2 - ν 3 -15 nicht erfüllt wird, stellt sich weiterhin ein gewisses Maß an Wirksamkeit im Hinblick auf die Kompensation der seitlichen chromatischen Aberration ein, jedoch ist dies alles, was erwartet werden kann, und keine weitere wirksame Kompensation kann bewerkstelligt werden.In practice, the system must be designed so that the ratio ν 2 < ν 3 is satisfied, where ν 2 is the Abb'' number of the first optical element and ν 3 is the Abb'' number of the second optical element. In order to achieve a stronger achromatic effect, the difference between ν 2 < ν 3 should not be greater than -15 ( ν 2 - ν 3 -15). If ν 2 < ν 3 , lateral chromatic aberration occurs in the converging lens unit of the type used in the invention. If ν 2 = ν 3 , the converging lens unit is in no way different from a single converging lens element, and no benefit is achieved by separating the lens unit (which is not effective in achieving achromatism). Even if the ratio ν 2 - ν 3 -15 is not met, there will still be some degree of effectiveness in compensating for lateral chromatic aberration, but this is all that can be expected and no further effective compensation can be accomplished.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die verklebte Sammellinse vor der Sammellinseneinheit G p angeordnet, die rechts hinter der Blende angeordnet ist. Diese verklebte Sammellinse ist aufgebaut aus einem sammelnden Linsenelement, das mit einem zerstreuenden Linsenelement verklebt ist. Um die chromatische Aberration zu kompensieren, müssen diese beiden Linsenelemente die Bedingung ν p < ν n erfüllen, wobei ν p die Abb´'sche Zahl des sammelnden Linsenelements und ν n die Abb´'sche Zahl des zerstreuenden Linsenelements ist. Um die Bearbeitung der verklebten Sammellinse zu vereinfachen, nämlich um eine ausreichende Dicke im Umfangsbereich des sammelnden Linsenelements zu schaffen, ist sowohl das sammelnde als auch das zerstreuende Linsenelement vorzugsweise aus einem optischen Material hergestellt, das die Bedingung ν p - ν n < 25 erfüllt, so daß chromatische Aberration wirksam kompensiert werden kann, selbst wenn der Krümmungsradius der Grenzfläche der verklebten Sammellinse recht groß ausgebildet ist, um eine kleine Meniskuskrümmung für das Sammellinsenelement zu schaffen.In a further preferred embodiment of the present invention, the bonded converging lens is arranged in front of the converging lens unit G p , which is arranged on the right behind the diaphragm. This glued collecting lens is constructed from a collecting lens element which is glued to a diverging lens element. In order to compensate for the chromatic aberration, these two lens elements must meet the condition ν p < ν n , where ν p is the Abb'' number of the collecting lens element and ν n is the Abb'' number of the diverging lens element. In order to simplify the processing of the bonded converging lens, namely to create a sufficient thickness in the peripheral region of the collecting lens element, both the collecting and the diverging lens element are preferably made of an optical material which fulfills the condition ν p - ν n <25, so that chromatic aberration can be effectively compensated even if the radius of curvature of the interface of the bonded converging lens is made quite large to provide a small meniscus curvature for the converging lens element.

Die Fähigkeit der Sammellinseneinheit, die unmittelbar vor der Blende angeordnet ist, die seitliche chromatische Aberration zu kompensieren, wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 25 beschrieben, in der die sammelnde Linseneinheit aufgebaut ist aus einem planparallelen Glas (das heißt dem ersten optischen Element) und einer plankonvexen Linse (das heißt dem zweiten optischen Element). Fig. 25 zeigt das Ergebnis einer Strahlverfolgung der d- und g-Linie als Referenz-Wellenlängen, wobei das Maß der Ablenkung der g-Linie von der d-Linie in einem vergrößerten Maßstab dargestellt ist. Fig. 25 (a) zeigt das Ergebnis einer Berechnung unter der Annahme des Fehlens der Dispersion im planparallelen Glas. In diesem Fall ist die g-Linie, die auf der Abbildungsebene fokussiert ist, stark in Richtung auf die optische Achse versetzt, wodurch ein unkompensierter Bereich der seitlichen chromatischen Aberration erzeugt wird. Fig. 25 (b) zeigt das Ergebnis einer normalisierten Berechnung auf der Basis derselben Linsendaten für den Fall, in dem die Abb´'sche Zahl des planparallelen Glases 23,9 ist. Wie dargestellt, fällt die g-Linie mit der d-Linie auf der Abbildungsebene zusammen, und die seitliche chromatische Aberration ist ausreichend kompensiert.The ability of the converging lens unit located immediately in front of the diaphragm to compensate for the lateral chromatic aberration will now be described with reference to Fig. 25, in which the converging lens unit is constructed from a plane-parallel glass (i.e. the first optical element) and a plano-convex lens (i.e., the second optical element). Fig. 25 shows the result of a ray tracing of the d- and g-line as a reference wavelength, wherein the amount of deflection of the g-line is shown by the line d in an enlarged scale. Fig. 25 (a) shows the result of calculation under the assumption of the absence of the dispersion in the plane-parallel glass. In this case the g- line, which is focused on the imaging plane, is strongly offset in the direction of the optical axis, whereby an uncompensated area of the lateral chromatic aberration is generated. Fig. 25 (b) shows the result of a normalized calculation based on the same lens data for the case where the Abb's number of the plane-parallel glass is 23.9. As shown, the g line coincides with the d line on the imaging plane and the lateral chromatic aberration is sufficiently compensated for.

Wie aus Fig. 25 (b) hervorgeht, erlaubt das erste optische Element (das planparallele Glas), daß Strahlen mit einer kürzeren Wellenlänge als eine Entwurfs-Referenz zur optischen Achse hin gebrochen werden, wohingegen Strahlen mit einer längeren Wellenlänge nach außen gebrochen werden, wodurch die seitliche chromatische Aberration reduziert wird, die letztlich auf der Abbildungsebene erzeugt wird. Je größer der Unterschied des Winkels der Berechnung ist, der im ersten optischen Element im Hinblick auf die Referenz-Wellenlänge auftritt (je dispersiver das erste optische Element ist), desto wirksamer erzielt es Achromatismus. Daher sollte die Abb´'sche Zahl des ersten optischen Elements nicht mehr als 30 betragen. As shown in Fig. 25 (b), the first optical element (the plane-parallel glass) allows rays having a shorter wavelength as a design reference to be refracted toward the optical axis, whereas rays having a longer wavelength are refracted outward, which reduces the lateral chromatic aberration that is ultimately generated at the imaging level. The greater the difference in the calculation angle that occurs in the first optical element with respect to the reference wavelength (the more dispersive the first optical element is), the more effectively achromatism is achieved. Therefore, the Abb''sche number of the first optical element should not be more than 30.

Diagramme, die durch Auftragen der Aberrationskurven gewonnen wurden, die mit den Linsensystemen der früheren Erfindung A und B erzielt wurden, sind in den Fig. 27 und 29 dargestellt. Durch einen Vergleich dieser Diagramme mit den Diagrammen, dargestellt in den Fig. 2, 4, 6, 8 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 und 24 der zwölf Beispiele der vorliegenden Erfindung, erkennt man, daß das Linsensystem der vorliegenden Erfindung die seitliche chromatische Aberration um die Hälfte des Betrages reduziert, der in jedem der Linsensysteme der früheren Erfindungen A und B auftritt. Falls daher Aberration in einer Größe toleriert wird, die vergleichbar ist mit der, die in den früheren Erfindungen entsteht, kann die verklebte Sammellinse eine recht kleine Oberflächenwölbung an ihrer Grenzfläche zwischen dem sammelnden und dem zerstreuenden Linsenelement besitzen und kann daher sehr einfach hergestellt werden.Diagrams obtained by plotting the aberration curves obtained with the lens systems of the previous invention A and B are shown in FIGS. 27 and 29. By comparing these diagrams with the diagrams shown in Figs. 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 and 24 of the twelve examples of the present invention, it can be seen that the lens system of present invention reduces lateral chromatic aberration by half the amount that occurs in each of the lens systems of prior inventions A and B. Therefore, if aberration is tolerated in a size comparable to that created in the previous inventions, the bonded converging lens may have a rather small surface curvature at its interface between the converging and the diverging lens elements and can therefore be manufactured very easily.

Zwölf spezielle Beispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf Datentabellen beschrieben, in denen steht F NO für eine F-Zahl, f für die Brennweite des Gesamtsystems, ω für den halben Blickwinkel, f B für den Retrofokus, r für den Radius der Oberflächenwölbung einer einzelnen Linsenoberfläche, d für die Linsendicke oder den Linsen-zu-Linsen-Oberflächenabstand, N für den Brechungsindex an der d-Linie einer einzelnen Linse und ν für die Abb´'sche Zahl einer einzelnen Linse. Twelve specific examples of the present invention are described below with reference to data tables in which F NO stands for an F number, f for the focal length of the overall system, ω for half the angle of view, f B for retrofocus, r for the radius of the Surface curvature of a single lens surface, d for the lens thickness or the lens-to-lens surface distance, N for the refractive index on the d- line of a single lens and ν for the Abb''sche number of a single lens.

Beispiel 1Example 1

F NO = 1 : 2,8l= 50°f= 0,869f B = 0,586 Abstand zum Gegenstand = 5 F NO = 1: 2.8 l = 50 ° f = 0.869 f B = 0.586 distance to object = 5

Beispiel 2Example 2

F NO = 1 : 2,8ω= 60°f= 1,013f B = 0,879 Abstand zum Gegenstand = 10 F NO = 1: 2.8 ω = 60 ° f = 1.013 f B = 0.879 distance to object = 10

Beispiel 3Example 3

F NO 1 : 2,8ω= 60°f= 0,796f B = 0,377 Abstand zum Gegenstand = 10 F NO 1: 2.8 ω = 60 ° f = 0.796 f B = 0.377 distance to object = 10

Beispiel 4Example 4

F NO = 1 : 2,5ω= 50°f= 0,869f B = 0,513 Abstand zum Gegenstand = 5 F NO = 1: 2.5 ω = 50 ° f = 0.869 f B = 0.513 distance to object = 5

Beispiel 5Example 5

F NO = 1 : 2,8ω= 50°f= 0,869f B = 0,530 Abstand zum Gegenstand = 5 F NO = 1: 2.8 ω = 50 ° f = 0.869 f B = 0.530 distance to object = 5

Beispiel 6Example 6

F NO = 1 : 2,8ω= 52°f= 0,869f B = 0,629 Abstand zum Gegenstand = 5 F NO = 1: 2.8 ω = 52 ° f = 0.869 f B = 0.629 distance to object = 5

Beispiel 7Example 7

F NO = 1 : 2,8ω= 50°f= 0,869f B = 0,584 Abstand zum Gegenstand = 5 F NO = 1: 2.8 ω = 50 ° f = 0.869 f B = 0.584 distance to object = 5

Beispiel 8Example 8

F NO = 1 : 2,5ω= 50°f= 1,052f B = 1,009 Abstand zum Gegenstand = 13 F NO = 1: 2.5 ω = 50 ° f = 1.052 f B = 1.009 distance to object = 13

Beispiel 9Example 9

F NO = 1 : 2,5ω= 40°f= 0,969f B = 1,152 Abstand zum Gegenstand = 13 F NO = 1: 2.5 ω = 40 ° f = 0.969 f B = 1.152 distance to object = 13

Beispiel 10Example 10

F NO = 1 : 2,5ω= 43°f= 0,909f B = 0,979 Abstand zum Gegenstand = 13 F NO = 1: 2.5 ω = 43 ° f = 0.909 f B = 0.979 distance to object = 13

Beispiel 11Example 11

F N = 1 : 2,8ω= 60°f= 1,006f B = 0,976 Abstand zum Gegenstand = 10 F N = 1: 2.8 ω = 60 ° f = 1.006 f B = 0.976 distance to object = 10

Beispiel 12Example 12

F NO = 1 : 2,8ω= 60°f= 1,006f B = 0,972 Abstand zum Gegenstand = 10 F NO = 1: 2.8 ω = 60 ° f = 1.006 f B = 0.972 distance to object = 10

Claims (7)

1. Linsensystem für Endoskop-Objektive, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse, die unmittelbar vor einer Blende in dem Linsensystem angeordnet ist, eine Zerstreuungslinse ist, die eine konkave Oberfläche auf der Bildseite aufweist und daß die Sammellinse, die unmittelbar hinter der Blende angeordnet ist, die Form einer Sammellinseneinheit besitzt, die beginnend auf der Gegenstandsseite aus einem ersten optischen Element und einem zweiten optischen Element aufgebaut ist, wobei die beiden optischen Elemente aus optischen Materialien hergestellt sind, die unterschiedliche Abb´'sche Zahlen (ν -Werte) derart aufweisen, daß die Bedingung ν 2 < ν 3 erfüllt ist, wobei ν 2 die Abb´'sche Zahl des ersten optischen Elements und n 3 die Abb´'sche Zahl des zweiten optischen Elements ist.1. Lens system for endoscope lenses, characterized in that the lens, which is arranged immediately in front of a diaphragm in the lens system, is a diverging lens that has a concave surface on the image side and that the converging lens, which is arranged directly behind the diaphragm , the shape of a convex lens unit has, that is beginning based on the object side of a first optical element and a second optical element, wherein the two optical elements are made of optical materials having different Abb''sche figures - have such a values) that the condition ν 2 < ν 3 is fulfilled, where ν 2 is the Abb's number of the first optical element and n 3 is the Abb's number of the second optical element. 2. Linsensystem für Endoskop-Objektive nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite optische Element in engem Kontakt zueinander stehen oder miteinander verbunden sind.2. lens system for endoscope lenses according to claim 1, characterized in that the first and second optical element in close contact stand with each other or are connected to each other. 3. Linsensystem für Endoskop-Objektive nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Element ein planparalleles Glas und das zweite optische Element eine plankonvexe Linse ist, die eine konvexe Oberfläche besitzt, die auf die Bildseite gerichtet ist.3. Lens system for endoscope lenses according to claim 1 or 2, characterized in that the first  optical element a plane-parallel glass and that second optical element is a plano-convex lens, which has a convex surface, which on the Image side is directed. 4. Linsensystem für Endoskop-Objektive nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Element eine plankonkave Linse ist, die eine schwach gekrümmte konkave Oberfläche auf der Bildseite besitzt und das zweite optische Element eine Sammellinse ist, die eine stark gekrümmte Oberfläche aufweist, die zur Bildseite gerichtet ist.4. Lens system for endoscope lenses according to claim 1 or 2, characterized in that the first optical element is a plano-concave lens, which is a slightly curved concave surface on the image side has and the second optical element The converging lens is a very curved surface has, which is directed to the image side. 5. Linsensystem für Endoskop-Objektive nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Element eine plankonkave Linse ist, die eine schwach gekrümmte konkave Oberfläche auf der Gegenstandsseite aufweist und daß das zweite optische Element eine plankonvexe Linse ist, die eine konvexe Oberfläche aufweist, die zur Bildseite gerichtet ist.5. Lens system for endoscope lenses according to claim 1 or 2, characterized in that the first optical element is a plano-concave lens, which is a slightly curved concave surface on the Has object side and that the second optical Element is a plano-convex lens that is a convex Surface that faces the image side. 6. Linsensystem für Endoskop-Objektive nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine verklebte Sammellinse auf der Bildseite der Sammellinseneinheit angeordnet ist, wobei die verklebte Sammellinse aus einer Kombination aus einem sammelnden Linsenelement aufgebaut ist, das mit einem zerstreuenden Linsenelement an einer konvexen Grenzfläche verklebt ist, die zur Bildseite gerichtet ist und die die Bedingung ν p < ν n erfüllen, wobei ν p die Abb´'sche Zahl des sammelnden Linsenelements und ν n die Abb'sche Zahl des zerstreuenden Linsenelements ist.6. lens system for endoscope lenses according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one glued converging lens is arranged on the image side of the converging lens unit, the glued converging lens being constructed from a combination of a converging lens element which has a diverging lens element is glued to a convex interface, which is directed towards the image side and which fulfills the condition ν p < ν n , where ν p is the Abb'' number of the collecting lens element and ν n is the Abb' number of the diverging lens element. 7. Linsensystem für Endoskop-Objektive nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine verklebte Sammellinse auf der Bildseite die verklebte Sammellinse aus einem zerstreuenden Linsenelement aufgebaut ist, das mit einem sammelnden Linsenelement entlang einer konkaven Grenzfläche verklebt ist, die zur Bildseite gerichtet ist und die die Bedingung ν n < ν p erfüllen, wobei ν n die Abb´'sche Zahl des zerstreuenden Linsenelements und ν p die Abb´'sche Zahl des sammelnden Linsenelements ist.7. lens system for endoscope lenses according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one bonded converging lens on the image side, the bonded converging lens is constructed from a diverging lens element which is bonded to a collecting lens element along a concave interface, which for Image side is directed and meet the condition ν n < ν p , where ν n is the Abb'' number of the diverging lens element and ν p is the Abb'' number of the collecting lens element.
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